扩张工具的扩张头、包括扩张头的扩张工具及其使用方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于中空工件、具体用于塑料管或金属-塑料复合管的端部的扩张工具的扩张头(1)，包括具有沿径向向内取向的导引法兰(3)的活接帽(2)和一组扇形可扩张爪(4)，每个可扩张爪(4)分别被与导引法兰(3)重叠的内法兰扇区(5)接收，以在活接帽(2)中沿径向可移动，该组扇形可扩张爪(4)可在闭合状态和扩张状态之间移动，并且当爪闭合时，该组可扩张爪(4)的外壁(7)呈现大致圆柱形侧表面，至少一个可扩张爪(4)的外壁(7)具有沿可扩张爪(4)的纵向轴的方向延伸的至少一个凹槽和/或突出区域(8)。本发明还涉及一种用于中空工件、具体用于由塑料制成或由塑料涂覆的金属制成的管端部并包括根据本发明的扩张头(1)的扩张工具以及根据本发明的扩张头或根据本发明的扩张工具用于生产管连接的非压接状态下的预定泄漏点的使用方法。
【专利说明】扩张工具的扩张头、包括扩张头的扩张工具及其使用方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于中空工件、尤其是用于塑料管或金属-塑料复合管的端部 的扩张工具的扩张头，其中，扩张头包括具有沿径向向内取向的导引法兰的活接帽（union cap)和一组扇形可扩张爪，每个可扩张爪分别被与导引法兰重叠的内法兰扇区接收，以可 沿径向移动方式容纳在活接帽中，该组扇形可扩张爪可以在闭合状态和扩张状态之间移 动，并且当爪处于闭合状态时，可扩张爪的外壁形成大致圆柱形表面。
【背景技术】
[0002] 从EP 0 044 795 A2和DE 42 02 348 C1中已知这样的扩张头。扩张头由各个 节段（segment)、所谓的可扩张爪构成，节段的基本部分容纳在活接帽中并且可以沿径向 方向向外移动。这样的扩张头安装在扩张工具上并且具体通过螺纹连接件连接到扩张工 具。扩张器件基本由压紧器件和扩张头构成，压紧器件具有以可沿轴向移动的方式保持 在压紧器件的壳体中或上的心轴，并且在其一个轴向端部区域具有锥形表面，扩张头优选 地可以通过用于扩张头的保持器件固定到压紧器件上。通过可以手动或机械驱动的驱动 器件，心轴在扩张头的方向上沿轴向方向上移动。在内部，可扩张爪限定中间锥形的接收 器（receptacle)，可以被压紧器件沿轴向移动的心轴的锥形表面接合到中间锥形的接收 器中。在压紧器件致动的情况下，心轴压入扩张头，在心轴的锥形表面和可扩张爪所形成 的接收器之间产生接触。在心轴沿扩张头的方向上进一步轴向移动的情况下，可扩张爪被 沿径向向外挤压，并且可扩张爪沿径向抬升，使得可扩张爪扩张中空工件、具体塑料管或金 属-塑料复合管的端部，扩张头被导引进入中空工件的端部中。可扩张爪从闭合状态转变 成扩张状态或张开状态。当心轴从扩张头沿径向向后移动时，节段通过返回装置（例如，环 形拉簧或弹性0形环）向后移动到其起始位置。在EP 0 044 795 A2或DE 42 02 348 C1 描述的扩张头情况下，目的是在扩张处理过程中获得中空工件尽可能均匀的扩张。在此情 况下，在释放可扩张爪之后，可能需要将管端部中的扩张头的位置旋转预定角度（对于具 有六个可扩张爪的扩张头，应该旋转优选约30°角）并且进行第二扩张程序。
[0003] 在通过导引在管端部的滑动或压接（crimp)套筒的压紧而插入连接件之后，需要 定期（regularly)扩张管端部，以获得紧密连接。但是，这些扩张头的缺点在于，在压紧（在 滑动套筒连接的情况下，滑动套筒沿轴向推压连接件已经插入其中的管端部，或压接套筒 沿径向压紧连接件已导引在其中的管端部）之前已经产生紧密连接，所以安装者不再能够 根据气密实验/压力试验来判定建筑安装系统（供水设置、地板采暖系统的管系统等）的 所有连接是否已经被真正压接（crimped)。
[0004] 现有技术中解决此问题的已知措施包括，在压接后的连接以气密或液密方式密封 的情况下，在非压接状态引入预定泄漏点。例如，DE 298 13 935 U1提出在这样的压紧连 接中使用密封垫，密封垫的凹槽或加厚地方在连接的非压接状态下提供期望泄漏点。但是， 此方案的缺点在于，密封元件在组装过程中可能旋转，在此情况下，存在不再能够确保预定 泄漏点的期望效果的风险。
[0005] 从EP 1 278 001 B1中得出建立具有预定泄漏点的连接的另一种可能。其中描述 了 一种在配件和具有插入到配件的槽中的密封元件的管端部之间建立压紧连接的方法，管 端部首先使用适当工具在其内部设置有珠子，其在与配件压接之前形成泄漏点，基于此点， 在压接之后，使用工具可以校准和倒角（chamfer)管端部。此外，EP 1 278 001 B1描述一 种此方法中使用的工具，其具有在管的内部上形成珠子的分开扩张体。但是，EP 1 278 001 B1中描述的方案需要必须适于形成珠子以及校准和倒角管端部的另一个工具，并且因此涉 及复杂构造。
【发明内容】
[0006] 因此，本发明的目的在于，在具有扩张管端部的管连接中在非压接状态下形成预 定泄漏点，达到不需要使用复杂构造的工具的效果。此外，尽量少的部件用于建立相应的管 连接，并且由于组装处理，预定泄漏点不再容易起反作用。
[0007] 此目的和其他目的通过根据权利要求1所述的用于中空工件、具体用于塑料管或 金属-塑料复合管端部的扩张工具的扩张头、根据权利要求10所述的用于中空工件的扩张 工具以及根据权利要求11所述的使用方法来实现的。根据本发明的扩张工具的基本运行 方式对应于EP 0 044 795 A2和DE 42 02 348 C1中所述的扩张头的连接中所述的运行方 式。
[0008] 在从属权利要求中描述了根据本发明的扩张头的优选实施例。
[0009] 根据本发明，应当意识到，通过在可扩张爪的大致圆柱形外壁上提供沿可扩张爪 的纵向轴的方向延伸的凹槽或突出区域，实现管端部的相称的变形部，因此确保管连接的 非压接状态下的对应预定泄漏点。对应的扩张头具有简单构造，并且可以与市场上发现的 普通扩张工具一起使用。因为在管中产生变形，没有预定泄漏点由于连接内的旋转而在压 接过程中变得无效的危险。
[0010] 因此，本发明在于，提供一种用于中空工件、具体用于塑料管或金属-塑料复合管 的端部的扩张工具的扩张头，其包括具有沿径向向内取向的导引法兰的活接帽以及一组扇 形可扩张爪，每个可扩张爪分别被内法兰扇区接收、具体被活接帽的径向槽中的内法兰扇 区沿径向导引在导引法兰上，该组扇形可扩张爪可以在闭合状态和扩张状态之间移动，可 扩张爪的外壁在闭合状态下形成大致圆柱形表面并且至少一个可扩张爪的外壁具有沿可 扩张爪的纵向轴的方向延伸的至少一个凹槽和/或突出区域。此外，本发明在于，提供一种 用于中空工件、具体用于塑料或涂覆塑料的金属所制成的管端部、包括这样扩张头的扩张 工具、以及这样扩张工具或这样扩张头的使用方法。
[0011] 如果凹槽和/或突出区域大致布置在可扩张爪的外壁的中部，则可证明在此情况 下是优选的。凹槽/突出区域的这样布置有助于可扩张爪的稳定性并且确保扩张管端部的 充分变形，由此在扩张处理过程中产生足够的预定泄漏点。
[0012] 同样，如果至少一个可扩张爪具有两个凹槽和/或突出区域，可以证明是优选的。 这样，在扩张程序中，可以产生几个预泄漏点。在此情况下，如果两个凹槽和/或突出区域 中每一个布置在外壁的侧向边缘上，这是特别优选的。这样，两个相邻可扩张爪的凹槽/突 出区域相互补充，以形成具有更大宽度的对应凹槽/突出区域，由此产生扩张管端部的更 显著变形。
[0013] 还如果凹槽和/或突出区域延伸外壁的表面的2 % -50%，这也可以证明是优选 的。突出区域的一部分和/或此区域中的凹槽一方面保证扩张管端部的充分变形以及另一 方面保证可扩张爪的外壁的足够稳定性。在此情况下，10% -35%的表面比已经证明是优选 的，15% -30%的表面比是尤其优选的。
[0014] 如果凹槽和/或突出区域的最大深度/高度对应于可扩张爪所形成的圆柱的直 径的3% -35%，这也可以是优选的。选择凹槽的最大深度和突出区域的最大高度进而一 方面确保扩张管端部的实际充分的变形，另一方面确保可扩张爪的足够的机械稳定性。在 这方面，已经证明，最大深度/高度占可扩张爪所形成的圆柱的直径的5% -25%、具体为 10% -20%是优选的。
[0015] 如果凹槽和/或突出区域延伸至少一个可扩张爪的整个表面，这也可以是优选 的。这样确保各个可扩张爪的高水平机械强度。
[0016] 同样，如果每个可扩张爪具有至少一个凹槽和/或突出区域，这可以证明是优选 的。结果，产生在气密实验中表示错误压接的大量预定泄漏点。
[0017] 如果可扩张爪在其背向活接帽的一侧具有锥状或倒角，这也可以是有益的。这样 在中空工件的扩张和非扩张部分之间可以获得均匀过度。
[0018] 同样，如果可扩张爪的边缘是圆的、折拢的或倒角的，这可以证明优选的。结果，可 扩张爪在扩张处理过程中在管的内壁材料上留下更少的印记（imprint)，使得可以形成更 稳定的管连接。
[0019] 下面参考附图中所示的示例性实施例详细解释本发明。
[0020] 下面参考附图中所示的示例性实施例详细解释本发明。应当理解，本发明不应局 限于所示的示例性实施例。
【专利附图】
【附图说明】
[0021] 图la示出根据本发明一个实施例的扩张头闭合状态的立体图。
[0022] 图lb示出图la中所示的扩张头张开状态的立体图。
[0023] 图lc示出图lb中所示的扩张头张开状态的横截面视图。
[0024] 图Id示出图lb中所示的扩张头的可扩张爪以及第一扩张程序后放置在其上的管 端部的俯视图。
[0025] 图2示出根据本发明另一实施例的扩张头的一组可扩张爪的立体图。
[0026] 图3a示出根据本发明另一实施例的扩张头的一组可扩张爪的立体图。
[0027] 图3b示出图3a中所示的扩张头的可扩张爪以及第一扩张程序后放置在其上的管 端部的俯视图。
[0028] 图4示出根据本发明另一实施例的扩张头的一组可扩张爪的立体图。
[0029] 图5a示出根据本发明另一实施例的扩张头的一组可扩张爪的立体图。
[0030] 图5b示出图5a中所示的扩张头的可扩张爪以及第一扩张程序后放置在其上的管 端部的俯视图。
【具体实施方式】
[0031] 图1示出根据本发明一个实施例的扩张头的闭合状态（图la)和张开状态或扩张 状态（图lb-ld)。根据本发明的扩张头1包括一组六个可扩张爪4以及活接帽2,可扩张爪 4导引穿过活接帽2的开口。在闭合状态下，可扩张爪4中突出到活接帽2之外的部分形成 大致圆柱形扩张区域。在闭合状态下，可扩张爪4的外壁7大致对应于圆柱形表面。这里 的"扩张区域"是指扩张头1中在扩张程序过程中待扩张的中空工件位于其上的区域。中 空工件抵靠在可扩张爪4的外部。同时，在扩张头1的闭合状态下，该组扇形可扩张爪4呈 现闭合形状，并且扩张头1的扩张区域为基本圆柱形。在背向活接帽2的一侧，可扩张爪4 各自具有优选呈现为修圆的边缘区域的锥体9。通过这样的锥体9,扩张程序之后，在中空 工件的扩张和非扩张部分之间可以获得均匀过度。
[0032] 每个可扩张爪4为扇形并且在其外壁7上具有沿可扩张爪4的纵向轴的方向延伸 的凹槽8。凹槽8呈现在可扩张爪4的外表面7的中部，并且具有半圆形横截面。可选地， 在本发明的其他实施例中，其他种横截面、诸如椭圆形、三角形、矩形、方形横截面以及这些 横截面形状的组合也是可行的。凹槽8延伸约30%的可扩张爪4的外表面7的区域，并且 其最深点的深度对应于可扩张爪4所形成的圆柱的直径的约15%。
[0033] 图lb中示出图la中所示的扩张头1的张开状态。布置每个可扩张爪，以沿径向 向外偏移，使得它们现在彼此间隔开。
[0034] 在图lc中所示的本发明的扩张头1的横截面视图中，活接帽2具有沿径向向内取 向的导引法兰3和一组扇形可扩张爪4。每个扇形可扩张爪4以沿径向可移动的方式被内 法兰扇区5所导弓丨，内法兰扇区5与导引法兰3在活接帽2的径向槽6中重叠。内法兰扇 区5在其外侧具有在扩张头1的整个周边上相互补充的槽扇区，以在内法兰扇区5的外侧 上形成周向槽，用于将可扩张爪4从扩张头1的张开状态返回到闭合状态的环形返回装置 10接收在周向槽中。优选选择返回装置10,使得其返回力足以将可扩张爪4从张开状体返 回到闭合状态。在图示的示例性实施例中，返回装置10是弹性〇形环。可选地，也可以优 选使用环形拉簧。每个内法兰扇区5具有孔，导引销的端部分别接收在孔中。
[0035] 径向导引槽11 (图la)布置在导引法兰3上，用于接收和移动导引销。导引槽11 的数量对应于导引销的数量，并且因此对应于扩张头1的可扩张爪4的数量。每个导引销 可通过过盈配合在内法兰扇区5中的相关孔中而稳固地与内法兰扇区10连接。在根据本 发明的扩张头1的可选实施例中，导引销的一个端部可以分别旋入螺纹或钉到（Pin)内法 兰扇区5上。此外，导引销8也可以一体成型在各个内法兰扇区5中。
[0036] 固定装置用于将可扩张爪4辅助固定在活接帽2中。在图lc所示的根据本发明 的扩张头的实施例中，压入到活接帽2的固定螺纹（screw) 12用作可扩张爪4的固定装置。 在可选实施例中，定位在活接帽2的内部上的螺纹的保持环、具有保持环的圆盘或螺纹盘 可以用作固定装置。可扩张爪4在其内侧由锥形节段表面所界定，锥形节段表面相互补充， 以形成扩张头1的闭合状态下的锥形表面。锥形节段表面的张开角度这里对应于扩张工具 的扩张心轴的锥形角度。因此，扩张心轴的锥形表面在扩张程序过程中与可扩张爪4的锥 形节段表面配合。通过将扩张心轴驱动到扩张头中，扩张心轴的锥形表面将可扩张爪的锥 形节段表面沿径向向外推。如果中空工件、诸如塑料管在扩张头1的外表面上导引，则扩张 头1的外表面首先抵靠管的内部。随着扩张心轴插入深度的增大，可扩张爪4的外表面沿 径向向外移动，结果，在可扩张爪4上导引的管端部扩张。为了降低扩张工具中形成纵向刮 痕的风险，可扩张爪4的纵向外边缘可以修圆、折拢（broken)或倒角。
[0037] 图Id示出根据本发明的扩张头的一组可扩张爪与扩张程序之后放置在其上的管 端部13的俯视图。在每个可扩张爪4的凹槽8的区域中，扩张的管端部具有显著的变形部 14。在相对于管端部13旋转扩张工具约30°之后，重复扩张程序不会导致完全去除变形部 分14,使得变形部分14仍作为管连接的非压接状态下的预定泄漏点保持不变。
[0038] 下面针对其他实施例解释本发明。为避免重复，仅仅讨论差别部分，并且图la-ld 中所不的实施例的其他部分描述也同样适用于其他实施例。相同的标号用于表不相同物 件。
[0039] 图2示出根据本发明另一实施例的扩张头1的一组六个可扩张爪2的立体图，每 个可扩张爪4相应地具有锥体9。沿可扩张爪4的纵向轴方向延伸的两个凹槽8分别布置 在每个扇形可扩张爪4的外壁7上。凹槽8大致相对于外表面7的中间对称，并且具有半 圆横截面，不过也可以可选地使用其他横截面形状。凹槽8占每个可扩张爪4的外壁7的 表面约50%。在最深点处，凹槽的深度对应于可扩张爪4所形成的圆柱的直径约20%。
[0040] 当在管端部13上执行扩张程序时，在每个凹槽8处形成变形部14-在此情况下每 个可扩张爪4形成两个变形部14。在相对于管端部13旋转扩张工具约30°之后，重复扩 张程序不会导致完全去除变形部14,使得变形部14仍作为管连接的非压接状态下的预定 泄漏点保持不变。
[0041] 图3a中示出根据本发明另一实施例的扩张头1的另一组可扩张爪4的立体图。在 此实施例中，一个可扩张爪4的外壁7在可扩张爪4的纵向轴的方向上沿径向偏斜。在此 情况下，凹槽8因此沿此可扩张爪4的整个外壁7延伸。凹槽8占可扩张爪4的外壁7的 表面约17%，其深度对应于可扩张爪4所形成的圆柱的直径约10%。
[0042] 图3b示出根据本发明的扩张工具的一组可扩张爪以及第一扩张程序之后放置在 其顶部的管端部13的俯视图。较大区域变形部14在可扩张爪4的区域中呈现为在纵向轴 的方向上沿径向偏斜。在相对于管端部13旋转扩张工具约30°之后，重复扩张程序导致变 形部14中至少部分地保持不变。在管连接的非压接状态下，此变形部14的保持因此构成 了预定泄漏点。
[0043] 图4示出根据本发明另一实施例的扩张头1的一组六个可扩张爪4的立体图。同 样在此实施例中，沿可扩张爪4的纵向轴的方向延伸的凹槽8布置在扇形可扩张爪4的侧 向边缘。但是，它们具有矩形横截面，使得相邻的可扩张爪的凹槽8相互补充，以形成同样 的矩形凹槽。可选地，这里同样可以使用其他横截面形状。凹槽8占每个可扩张爪4的外 壁7的表面约25%。凹槽8的深度对应于可扩张爪4所形成的圆柱的直径约10%。
[0044] 在管端部13上执行扩张程序时，管端部13的变形部分别形成在凹槽8所形成的 凹陷处。在相对于管端部13旋转扩张工具约30°之后，重复扩张程序不会导致完全去除变 形部14,使得变形部14仍作为管连接的非压接状态下的预定泄漏点保持不变。
[0045] 图5a示出根据本发明另一实施例的扩张头1的另一组六个扇形可扩张爪4的立 体图。这里，一个可扩张爪4具有沿可扩张爪4的纵向轴的方向延伸的突出区域8。突出区 域8呈现在可扩张爪7的外表面7的中部，并且具有三角形横截面。在本发明的其他实施 例中，也可以替代的使用其他横截面，诸如圆形、椭圆形、矩形和方形横截面以及这些横截 面形状的组合。突出区域8延伸约3%的可扩张爪7的外表面7的表面，并且其最高点处的 高度对应于可扩张爪4所形成的圆柱的直径约5%。
[0046] 图5b示出根据本发明的扩张头的一组可扩张爪在扩张程序之后的俯视图。扩张 管端部在突出区域8的区域中具有大幅度变形部14。在相对于管端部13旋转扩张工具约 30°之后，重复扩张程序导致变形部14中大致保持不变。在管连接的非压接状态下，变形 部14因此实现预定泄漏点。
[0047] 在前文中，参考优选实施例详细解释了本发明，但是这些示例不应当解释为权利 要求保护范围的限制。
【权利要求】
1. 一种用于中空工件、具体用于塑料管或金属-塑料复合管的端部的扩张工具的扩张 头（1)，包括： -具有沿径向向内取向的导引法兰（3)的活接帽（2);以及 -一组扇形可扩张爪（4)，每个所述可扩张爪（4)分别以沿径向可移动的方式在所述 活接帽（2)中被与所述导引法兰（3)重叠的内法兰扇区（5)接收，其中，该组扇形可扩张爪 (3)可在闭合状态和扩张状态之间移动，并且所述可扩张爪（4)的外壁（7)在所述闭合状态 下形成大致圆柱形表面； 其特征在于，至少一个所述可扩张爪（4)的所述外壁（7)具有沿所述可扩张爪（4)的 纵向轴的方向延伸的至少一个凹槽和/或突出区域（8)。
2. 根据权利要求1所述的扩张头（1)，其特征在于，所述凹槽和/或突出区域（8)大致 布置在所述可扩张爪（4)的所述外壁（7)的中部。
3. 根据权利要求1所述的扩张头（1)，其特征在于，至少一个所述可扩张爪设有两个凹 槽和/或突出区域（8)。
4. 根据权利要求3所述的扩张头（1)，其特征在于，所述两个凹槽和/或突出区域（8) 中的每一个布置在所述外壁（7)的侧向边缘。
5. 根据权利要求1-4中任一项所述的扩张头（1)，其特征在于，所述凹槽和/或突出区 域（8)延伸2% -50 %的所述外壁（7)的所述表面。
6. 根据权利要求1-5中任一项所述的扩张头（1)，其特征在于，所述凹槽和/或突出区 域（8)的最大深度/高度对应于所述可扩张爪（4)在所述闭合状态下所形成的所述圆柱的 直径 3% -35%。
7. 根据权利要求1-6中任一项所述的扩张头（1)，其特征在于，所述凹槽和/或突出区 域（8)延伸至少一个所述可扩张爪（4)的整个所述外表面（7)。
8. 根据权利要求1-6中任一项所述的扩张头（1)，其特征在于，每个所述可扩张爪（4) 具有至少一个凹槽和/或突出区域（8)。
9. 根据权利要求1-8中任一项所述的扩张头（1)，其特征在于，所述可扩张爪（4)在远 离所述活接帽（2)的一侧具有锥体（9)或倒角。
10. -种用于中空工件、具体用于由塑料或涂覆塑料的金属制成的管的端部的扩张工 具，包括根据权利要求1-9中任一项所述的扩张头（1)。
11. 一种根据权利要求1-9中任一项所述的扩张头（1)或根据权利要求10所述的扩张 工具的使用方法，其用于在管连接的非压接状态下生产预定泄漏点。
【文档编号】F16L13/16GK104093506SQ201380007961
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2013年2月1日 优先权日:2012年2月3日
【发明者】塞巴斯蒂安·贝尔特莱因, 理查德·萨帕, 斯文·克里斯托弗 申请人:雷奥两合股份公司